72161 spektroskopia003

1. WSTĘP

Oddziaływanie fali elektromagnetycznej z półprzewodnikiem powoduje wystąpienie wielu zjawisk stanowiących podstawę wyznaczania właściwości materiału, a także w dalszej konsekwencji wielu praktycznych zastosowań. Takie efekty, występujące dla fal o długościach w zakresie od ok. 10 nm (promieniowanie synchrotronowe i rentgenowskie) do ok. 1 mm (daleka podczerwień), nazywamy efektami optycznymi. Metody eksperymentalne stosowane do obserwacji i pomiarów tych zjawisk nazywamy metodami optycznymi.

Metody te dostarczają informacji o sieci krystalicznej dzięki oddziaływaniu fotonów z kwantami drgań sieci (fononami); elektronowej strukturze pasmowej, w tym przerwie energetycznej, w pobliżu której światło jest silnie absorbowane; swobodnych elektronach i dziurach, których ruch powoduje absorpcję światła oraz defektów i domieszek, które oddziałują ze światłem przez procesy jonizacyjne lub własne drgania w sieci kryształu. Szczególnie ważne jest stosowanie metod optycznych do badania mikro- i nanostruktur półprzewodnikowych, których zastosowania mają bardzo szeroki zakres.

Znaczenie metod optycznych wynika przede wszystkim z ich nieniszczącego i bezkontaktowego charakteru, co różni je od większości metod elektrycznych. Nie wymagają one również specjalnego traktowania badanych próbek, jak na przykład elektronowa mikroskopia transmisyjna.

Zaletą metod optycznych jest również możliwość topograficznych badań próbki lub struktury półprzewodnikowej.

Podstawowymi procesami towarzyszącymi oddziaływaniu fali elektromagnetycznej z ciałem stałym są odbicie i pochłanianie tej fali. Ponadto obserwujemy wyświecanie, czyli luminescencję, oraz rozpraszanie fali elektromagnetycznej.

Procesy te schematycznie są przedstawione na rys. 1. Na powierzchni ośrodka część światła ulega odbiciu, część dostaje się do wnętrza.